JP2006207306A - 架構体および架構体と杭の接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 予め製作された架構体と杭との接続時間を極めて短縮できるとともに、杭の施工誤差を許容しながら高強度の接続構造を得ることのできる架構体および架構体と杭の接続構造を提供すること。
【解決手段】 鋼管などからなる鞘管２の側面に梁材４，４，…を取付け、さらに鞘管２の一方の開口から柱材３を挿入設置することで架構体１が工場製作される。鞘管２の他方の開口を介して、地盤内に造成された杭５の杭頭筋５１，５１，…を鞘管２，２，…内に収容し、鞘管２内に充填材６を充填硬化させることにより、杭５，５，…と架構体１との一体化が図られ接続構造が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物を構成する架構体と該架構体と杭の接続構造に係り、特に、予め製作された架構体と杭との接続時間を極めて短縮できるとともに、杭の施工誤差を許容しながら高強度の接続構造を得ることのできる架構体および架構体と杭の接続構造に関するものである。

近時、水処理施設や高層ビル、超高層ビルなどの大規模構造物から中低層マンションなどの中／小規模構造物に至るまで、その施工期間の短縮と作業員の技量に左右されずに高い施工精度を得ることを目的として、予め工場製作されたユニット単位の架構体を現場に搬入して組立てる施工方法が多用されている。例えば、架構体が、鉄骨からなる複数の梁材から構成されている場合には、かかる梁材が井桁状に工場製作されて１つのユニットの平面的な架構体が構成され、かかる架構体を現場に搬入設置し、井桁の格点に柱材を取り付け、複数の柱材の上に上階用の架構体が取り付けられていく。また、架構体は、井桁状に組立てられた梁材に柱材も取り付けられて立体的に構成される場合もある。梁材や柱材が鉄骨鉄筋コンクリートの場合には、複数の架構体が現場にて組立てられた後、鉄骨のまわりに鉄筋を配設し、コンクリートが打設されることにより鉄骨鉄筋コンクリート構造の構造物が構築される形態や、架構体を構成する柱材や梁材が予め鉄骨鉄筋コンクリートからなる形態などがある。

ところで、大規模構造物の施工や軟弱地盤上に構造物を施工する等の際には、既製杭や場所打ち杭などにて構造物を支持させる杭基礎形式を適用することが一般的であり、予め杭を地中に打設もしくは造成した後に、杭の頭部と構造物の基礎スラブやフーチングとが一体となるように施工される。ここで、基礎スラブが既述する架構体にて構成される場合には、所定位置に構築された杭の頭部に架構体を配設し、双方をコンクリートにて一体化させることにより杭と基礎スラブが接続される。

かかる架構体と地盤内に構築された杭の頭部との接続に際しては、従来いくつかの問題が生じていた。例えば、杭が設計通りの位置に構築されていない場合が多分にあり、予め平面的もしくは立体的に精度よく梁材や柱材にて組立てられた架構体を複数の杭の頭部に配設しようとすると、梁材と杭の頭部から突出している杭頭筋が干渉してしまうという問題である。例えば、場所打ち杭の場合には、通常１０ｃｍ程度の施工誤差が許容されているし、ＰＨＣ杭等の既製杭を直接地盤内に圧入もしくは打撃するような場合においても杭径程度の施工誤差が許容されている。その一方で、工場製作された架構体の加工誤差はせいぜい数ｍｍ程度であるため、杭頭筋と梁材との干渉は少なからず招来されることとなる。杭頭筋と梁材とが干渉した場合、梁材に杭頭筋を貫通させる貫通穴を設けるとともに、この貫通穴まわりには断面欠損を補強するための開口補強がおこなわれているが、かかる貫通穴の穿設や開口部の補強には多大な手間がかかり、効率的な施工の阻害要因となっていた。

上記する杭の施工誤差を架構体の加工誤差程度、すなわち数ｍｍ程度まで高めるために杭仕様を場所打ち杭とし、鉛直精度を入念に管理しながら施工しようとすると、施工場所の様々な制約から場所打ち杭の施工が困難な場合が多分にあり、仮に場所打ち杭施工が可能であったとしても、今度は工期が長期化するといった問題がある。既述する既製杭の圧入や打撃による杭の施工方法によれば、場所打ち杭に比して工期を短縮できる反面、地盤内に存在する礫や埋設物、場所や深度ごとに相違する土質の硬さなどによって鉛直精度が低下し易い。一方、場所打ち杭の場合には、相対的に鉛直精度が確保し易い反面、比較的広範な施工ヤードを必要とし、工期も長期化してしまう。

特許文献１には、柱と杭の接合構造および方法に関する発明が開示されている。かかる接合構造は、鋼管杭の頭部に埋め込まれた鞘管内に上部構造の柱を建て込み、鞘管内にコンクリートを打設することで柱と杭とが接続されるものである。

また、特許文献２においても杭と上部躯体との接合部の構造およびその施工方法に関する発明が開示されている。ここでは、杭の頭部に基礎梁または柱と接合するための鋼管を埋め込み、鋼管内に柱の下部を挿入した状態で該鋼管内にコンクリートを打設硬化させて柱を立設させ、上階躯体の構築を先行させながら、その後に杭まわりの根切りをおこなって鋼管に基礎梁を取り付けるものである。

さらに、特許文献３においては、杭と上部構造躯体との接合構造に関する発明が開示されている。この構造は、杭頭部と基礎梁の下面との間に所定の隙間を確保した姿勢で、基礎梁と接続している柱の下端部を杭頭部に埋め込み設置するものであり、杭頭と基礎梁の間には杭断面よりも小さな断面の柱が介在することにより、地震時の水平力によって生じる杭頭部や基礎梁に生じる曲げモーメントを低減でき、したがって、かかる接合部の鉄筋量を低減することが可能となる。

特開平１１−２３６７１３号公報 特開２００２−３２２６５２号公報 特開２０００−１４４９０４号公報

上記する特許文献に開示の杭と上部構造躯体との接合構造はいずれも、柱の下端を鋼管杭の内部に埋め込み、その後に基礎梁を構築する方法によるものであるため、既述する杭の施工誤差を許容しつつ梁材や柱材からなる架構体を一気に杭と接続することはできない。したがって、工場製作された架構体を杭に接続させる工事には適用できず、特に市街地における工事等、工程の短縮を余儀なくされる施工などへの適用は難しい。

本発明の架構体および架構体と杭の接続構造は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、梁材や柱材から予め構成された架構体を杭の施工誤差を許容しながら杭頭部に効率的に接続することのできる架構体と該架構体と杭の接続構造を提供することを目的としている。また、架構体を杭の頭部に接続するに際して、杭頭筋が架構体を構成する梁材に干渉することがなく、したがって、梁材に杭頭筋用の貫通穴を設けたり、貫通穴まわりの開口補強などの作業が生じ得ない架構体と該架構体と杭の接続構造を提供することを目的としている。さらには、架構体と杭との接続部の強度を高めることのできる架構体と杭の接続構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による架構体は、柱材と梁材が予め接続されてなる架構体であって、鞘管と、該鞘管の側面に取り付けられた梁材と、該鞘管の一方の開口から挿入設置された柱材と、からなり、該鞘管の他方の開口から杭頭筋または杭の頭部が挿入可能に構成されていることを特徴とする。

適宜の材料からなる柱材と梁材は予め工場製作され、この梁材と柱材が鞘管を介して工場等にて接続されることにより、本発明の架構体が形成される。この架構体は、構造物の骨組みを構成するものであり、構造物を構成する１つのユニット単位の規模に製作される形態や、複数ユニット単位の規模に製作される形態などその形態は多様である。例えば、口の字状に配設された４本の梁材が各格点に配設された鞘管の側面に取り付けられており、各鞘管にはそれぞれ柱材が挿入設置されて１ユニットの架構体が構成される。ここで、鞘管のうち、柱材が挿入される側の側面端部には平板が固着されており、この平板には柱材と同形状もしくはそれよりも多少大きめの挿入孔が穿設されており、この挿入孔を介して柱材が鞘管に挿入され、双方が溶接等されることによって接続できる。また、鞘管の形状は、その断面の外郭が円形の筒体のほか、断面の外郭が正方形や矩形、多角形の中空の柱体などからなる。さらに、鞘管の長さは、少なくとも、挿入される杭頭筋の長さ、もしくは挿入される杭の頭部の長さ以上に調整されている。

また、鞘管の開口面積は、該鞘管の開口から挿入される杭頭筋が挿入可能な大きさに調整されており、既に地盤内に構築された杭の杭頭筋が鞘管内に遊嵌されるように構成されている。例えば、複数の杭頭筋が平面視リング状に設けられている場合には、このリング形状の寸法に許容施工誤差を見込んだ大きさの開口を備えた鞘管を使用すればよい。なお、鞘管内に杭の頭部を直接挿入する場合には、杭の断面積に許容施工誤差を見込んだ大きさの開口が鞘管に備えられていればよい。

所要本数の杭が現場にて構築された後、現場に搬入された架構体を構成する各鞘管に杭頭筋を遊嵌させながら杭の頭部に架構体を仮設する。例えば、架構体の適宜箇所に設けられた充填孔から充填材を充填硬化させることにより、架構体と杭の頭部との一体化を図ることが可能となる。

本発明の架構体によれば、杭頭筋または杭の頭部を収容可能な鞘管を介して梁材や柱材が接続されているため、杭の施工誤差を許容しながら極めて短時間に架構体と杭を接続することが可能となる。本発明の架構体は、施工ヤードや施工時間に厳しい制約がある市街地での施工などに好適である。

また、本発明による架構体の他の実施形態は、柱材と梁材が予め接続されてなる架構体であって、前記架構体は、一方の開口が平板にて閉塞された鞘管と、該鞘管の側面に取り付けられた梁材と、該平板に取り付けられた柱材と、からなり、該鞘管の開口から杭頭筋または杭の頭部が挿入可能に構成されていることを特徴とする。

本発明の実施形態は、鞘管にある２つの開口のうち、一方の開口は、例えば側面と同材質の平板にて閉塞されており、その平板に柱材の端面が接続されたものである。例えば、柱材の端面に鋼製の平板が取り付けられていて、この平板と鞘管の平板とが当接した姿勢で双方がボルト接合された構成などがある。本実施形態の効果は、柱材が鞘管内に挿入されていないため、鞘管内において柱材と杭頭筋とが干渉するといった問題が生じ得ないということである。

また、本発明による架構体の他の実施形態において、前記柱材と前記梁材はそれぞれ、鉄骨、鉄骨鉄筋コンクリート、鉄筋コンクリート、鉄骨コンクリート、コンクリート充填鋼管のうちのいずれか１種から成形されていることを特徴とする。

柱材と梁材は、それぞれが鉄骨や鉄骨鉄筋コンクリートなどの同材質の材料から構成される形態でもよく、柱材が鉄骨鉄筋コンクリートからなり、梁材が鉄骨からなるという具合に双方が異種材料から構成される形態でもよい。

構造物の規模や仕様に応じて、超高層ビルなど剛性と靭性の双方が要求される構造物においては、梁材および柱材がともに鉄骨鉄筋コンクリートからなる架構体が選定できるし、柱材のみをさらに高剛性としたい場合には、梁材を鉄骨鉄筋コンクリートから製作し、柱材をコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）から製作してなる架構体が選定できる。また、鞘管は、少なくとも柱材や梁材と同程度の強度を備えた材料から製作されるのが望ましい。架構体と杭とを接続する鞘管が強度上の弱部とならないようにするためである。

また、本発明による架構体の他の実施形態において、前記鞘管が鋼管からなることを特徴とする。

梁材や柱材が鉄骨鉄筋コンクリート、鉄骨、鉄骨コンクリート、コンクリート充填鋼管などからなる場合には、かかる部材と容易に接続可能であって高い強度を備えた鋼管を鞘管として使用するのが好ましい。鋼管の強度は、その材質や肉厚によって適宜調整可能であり、梁材や柱材を構成する鉄骨や鋼管とは、溶接やボルト接合など一般的な接続が可能だからである。

また、本発明による架構体と杭の接続構造は、前記架構体を構成する前記鞘管に杭頭筋または杭の頭部が挿入され、該鞘管内に充填材が充填硬化されてなることを特徴とする。

ここで、鞘管に挿入される杭は、場所打ち杭（ＲＣ杭）や、ＰＨＣ杭、鋼管杭（コンクリート充填鋼管杭を含む）をはじめとする既製杭など適宜の杭が対象であって特に限定されるものではない。

鞘管内部に杭頭筋や杭の頭部を挿入した状態で鞘管内に高強度モルタルや樹脂などの充填材を充填させ、充填材が硬化して強度を発現することにより杭と鞘管と梁材および梁材の一体化を図ることができる。

本発明の架構体と杭の接続構造によれば、杭の仕様や施工時の誤差に左右されることなく、極めて短時間に杭と架構体を一体化させることができる。また、かかる接続構造は、鞘管を鋼管などから成形するとともにその内部に高強度のモルタルなどが充填硬化されており、したがって梁材の端部や柱材の端部、および杭の頭部に生じる曲げモーメントやせん断力に対しても十分に耐え得る強度を有することができる。なお、使用される充填材の仕様や鞘管の材質および肉厚は、杭頭部などに生じる設計曲げモーメントや設計せん断力に応じて適宜調整すればよい。

以上の説明から理解できるように、本発明の架構体および架構体と杭の接続構造によれば、杭の施工誤差を許容できる大きさの開口を備えた鞘管に複数の梁材と柱材が取り付けられた構成の架構体であるため、複数の杭がそれぞれ異なる施工誤差にて構築されている場合でも、何らの補助作業を要することなく迅速で確実に架構体と杭との接続を図ることができる。また、本発明の架構体と杭の接続構造によれば、高強度の鞘管内に杭や柱材が挿入された姿勢で該鞘管内に充填材が充填硬化されることによって架構体と杭とが一体化されているため、架構体や杭に生じる断面力に対しても十分に耐え得る強度を備えた接続構造を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の架構体の一実施形態を示した斜視図を、図２，３は、本発明の架構体の他の実施形態の一部を示した斜視図をそれぞれ示している。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ矢視図を、図５は、架構体の他の実施形態を示した縦断面図をそれぞれ示している。なお、図示する架構体の実施形態は、Ｉ型鋼からなる梁材と、ＣＦＴ柱からなる柱材と、鋼管からなる鞘管から構成されるものであるが、本発明の架構体はかかる実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。例えば、柱材や梁材が鉄骨鉄筋コンクリートからなる形態や、梁材が鉄骨鉄筋コンクリートからなり、柱材がコンクリート充填鋼管からなる形態など適宜の形態が本発明に含まれるものである。また、架構体は、４本の梁材と４本の柱材（および４つの鞘管）からなる形態のみに限定されるものではなく、柱材の上部にさらに４本の梁材が取り付けられている形態や、これらの形態が水平方向および鉛直方向に繋がってなる形態なども本発明に含まれるものである。

図１は架構体の一実施形態を示した図であり、４本の梁材（Ｉ型鋼４，４，…）が平面視口の字状に配設され、各格点に配設された鞘管（鋼管２，２，…）の側面２１，２１，…にＩ型鋼４，４，…の端部が溶接され、さらに鞘管２の上部に取り付けられた平板２２の開口を介して鋼管２，２，…内に取り付けられた柱材（ＣＦＴ柱３，３，…）から架構体１が構成されている。ここで、ＣＦＴ柱３は平板２２の開口まわりで該平板２２と溶接されている。また、図示しないリブにて双方の接続部をより強固にしてもよい。ＣＦＴ柱３は、鋼管３１内にコンクリート３２が充填されることによって構成されており、さらに鋼管３１の外周には図示しない耐火被覆材が塗布されている。なお、この架構体１は、工場や現場ヤードなどにて予め製作されるものである。

鞘管２の下方開口を介して地盤Ｇ内に造成された杭５の頭部から突出した杭頭筋が鞘管２内に収容され、さらに鞘管２内に充填材が充填されて杭５，５，…と架構体１とが一体化されている。なお、図示する杭５は、例えば、場所打ちＲＣ杭や既製杭（ＰＨＣ杭、鋼管杭など）などを使用でき、特に限定するものではない。図１に示す架構体１が水平方向に併設されて所要の平面規模の構造物の１階フロアーが構築できる。２階以上の上階に関しては、１階と同様に架構体１を組付けていくこともできるし、従来のように単独の柱材や梁材をそれぞれ組付けていく方法であってもよい。

図２，３は、架構体の他の実施形態を示したものである。図２の実施形態は、角鋼管２ａが中空の四角柱体からなり、各側面２１ａ，２１ａ，…にＩ型鋼４，４，…の端面が溶接されている。また、鋼管２ａの上部に取り付けられた鋼製の平板２２ａの開口を介してＣＦＴ柱３の下部が挿入設置されて架構体１ａが形成されている。なお、図２は、図１における格点を取り出して図示しており、架構体１ａの一部を示したものである。

一方、図３の実施形態は、角鋼管２ｂが中空の六角柱体からなるもので、各側面２１ｂ，２１ｂ，…にＩ型鋼４，４，…の端面が溶接されている。また、本実施形態のように梁材が直交する実施形態（図２の形態）よりも多くの方向性を有する場合（図３では、６方向にＩ型鋼４，４，…が延在している）には、ＣＦＴ柱３ａは３６０度方向に均等な強度を有する円柱体が適用されるのがよい。このＣＦＴ柱３ａの下端も角鋼管２ｂの上部に取り付けられた平板２２ｂの開口を介して鞘管２ｂ内に挿入設置されることで架構体１ｂが形成されている。

図２，３の実施形態に示すように、鞘管２の形状を調整することで多様な構造物形状に適応した架構体を形成することができる。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ矢視図を示したものである。杭５の頭部からは複数の杭頭筋５１，５１，…が突出しており、地盤Ｇ内に造成されている。この杭頭筋５１，５１，…は、平面視がリング状に配設されている。鋼管２の内空寸法のうち径方向の寸法に関しては、この杭頭筋５１，５１，…のリング形状よりも大きく、さらに、杭の許容施工誤差を付加した程度の寸法に成形されている。一方、鋼管２の内空寸法のうち鉛直方向の寸法に関しては、杭頭筋５１やＣＦＴ柱３のそれぞれの埋め込み長さ以上の寸法に成形されている。

現場においては、架構体１がクレーン等によって設置場所まで吊り込まれ、既に造成された杭５，５，…のそれぞれの杭頭筋５１，５１，…を鋼管２，２，…が収容するように吊り降ろされて仮設置される。杭５，５，…の頭部に架構体１が仮設置された姿勢で鋼管２，２，…内に高強度モルタル等の充填材６が充填され、充填材６の強度が発現することによって杭５，５，…と架構体１とが一体化され、架構体１と杭５の接続構造が形成される。

図５は、架構体の他の実施形態を示したものであるが、この架構体１ｃは、ＣＦＴ柱３を鋼管内に挿入設置するかわりに、鋼管２ｃの上部の平板２２ｃにＣＦＴ柱３の端部のフランジ３３を当接させ、双方をボルト７１，７１，…とナット７２，７２，…にて接合させるものである。

本実施形態の効果は、ＣＦＴ柱３が鋼管２内に挿入されないため、鋼管２内においてＣＦＴ柱３と杭頭筋５１，５１，…とが干渉するといった問題が生じ得ず、したがって、架構体と杭の頭部（杭頭筋）との接続がより簡便なものとなることである。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明の架構体の一実施形態を示した斜視図。 本発明の架構体の他の実施形態の一部を示した斜視図。 本発明の架構体の他の実施形態の一部を示した斜視図。 図１のＩＶ−ＩＶ矢視図。 本発明の架構体の他の実施形態を示した縦断面図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…架構体、２…鋼管（鞘管）、２ａ，２ｂ…角鋼管、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…側面、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…平板、３，３ａ…ＣＦＴ柱（柱材）、３１…鋼管、３２…コンクリート、４…Ｉ型鋼（梁材）、５…杭、５１…杭頭筋、６…充填材、７１…ボルト、７２…ナット

Claims (5)

1. 柱材と梁材が予め接続されてなる架構体であって、
   前記架構体は、鞘管と、該鞘管の側面に取り付けられた梁材と、該鞘管の一方の開口から挿入設置された柱材と、からなり、該鞘管の他方の開口から杭頭筋または杭の頭部が挿入可能に構成されていることを特徴とする架構体。
2. 柱材と梁材が予め接続されてなる架構体であって、
   前記架構体は、一方の開口が平板にて閉塞された鞘管と、該鞘管の側面に取り付けられた梁材と、該平板に取り付けられた柱材と、からなり、該鞘管の開口から杭頭筋または杭の頭部が挿入可能に構成されていることを特徴とする架構体。
3. 前記柱材と前記梁材はそれぞれ、鉄骨、鉄骨鉄筋コンクリート、鉄骨コンクリート、鉄筋コンクリート、コンクリート充填鋼管のうちのいずれか１種から成形されていることを特徴とする請求項１または２に記載の架構体。
4. 前記鞘管が鋼管からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の架構体。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の架構体を構成する前記鞘管に杭頭筋または杭の頭部が挿入され、該鞘管内に充填材が充填硬化されてなることを特徴とする架構体と杭の接続構造。

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